航天器真空热试验数据可视化系统设计与实现

针对航天器真空热试验测控数据处理现状和需求,通过引入三维数据可视化技术,设计了一种数据可视化系统。该系统运用Java 3D技术,通过虚拟场景设定,将真空热试验试件三维设计模型与热模型结合,实现温度数据—颜色映射,以云图形式显示测控数据,并实现与现有测控软件数据交互。典型试验结果表明:该可视化系统可以实时、真实、直观地显示试件在真空热试验过程中的温度变化情况,为试验过程中的实时温度监视和工况判读提供有效手段。     

基于3DS MAX模型的无人直升机实时监控系统三维建模

分析OpenGL中三维建模的主要方法,结合共轴式无人直升机实时监控飞行系统的设计需要,得出利用3DS MAX的输出模型进行三维建模可以大大提高效率。分析3DS MAX主要输出文件的结构,指出OpenGL建模所需的要素。设计并实现了3DS MAX到OpenGL的模型转换模块,能够分离出3DS MAX场景中的三维模型,为在实时监控系统中再现3DS模型并构造监控飞行系统的三维场景提供灵活性。     

基于捷联惯导的四旋翼无人机的研究与实现

与传统无人机相比,四旋翼无人机具有轻便、集成度高、系统灵活性强等诸多优势,非常适合用于车流监控、火灾预警等领域。针对四旋翼无人机的非线性、高度不稳定、强耦合,捷联惯导系统累积误差大等问题,本文研究了一种基于捷联惯导系统的四旋翼无人机导航的方法,即根据Inven Sense TM公司提供的DMP算法,实时解析MPU6050集成传感器和HMC5883L三轴磁阻式传感器测量的无人机姿态数据,并利用PID控制算法对无人机姿态进行闭环调节。测试结果表明,无人机可在空中稳定飞行,设计提出的方案有效可行。     

无人机三维航迹规划的量子粒子群优化算法

针对传统的粒子群优化算法容易陷入局部最优解的问题,采用量子粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划。详细分析了固定翼无人机的飞行性能约束条件。为了减小算法计算复杂度,提高规划效率,对三维航迹规划问题的高度规划采用了直接设定策略,即,设置各个航路点的高度介于最大、最小飞行高度之间,从而将三维航路规划问题简化为二维航路规划问题。设计了收缩-扩张因子的线性增大调节策略、代价函数和航迹规划流程。分别采用量子粒子群优化算法和传统粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划仿真实验。仿真结果对比表明,所设计的量子粒子群优化算法比传统粒子群优化算法具有更高的全局搜索能力和搜索精度。     

无人机飞行控制系统的自抗扰姿态稳定控制

将自抗扰控制应用于无人机飞行控制系统。论述自抗扰控制的方法原理,并运用该技术设计控制律。首先利用跟踪微分器安排过渡过程,以达到快速、准确跟踪给定信号的目的。然后通过扩张状态观测器实时估计出系统的不确定干扰,并以反馈量的形式引入控制输入,从而起到实时补偿系统扰动的作用,实现姿态稳定控制。数值仿真结果表明,该方法抗干扰能力强,具有控制品质好、精度高、算法简单等特点。     

一种考虑最优收敛时间的多无人机编队控制方法

针对多无人机编队过程中的收敛时间问题,提出了一种基于最优控制和粒子群优化算法的一致性编队控制方法。将无人机机动约束和一致性编队控制算法结合,实现了无人机在约束条件下的编队控制。基于人工势场思想,设计了一种具有机间避碰能力的一致性编队控制方法,解决了无人机之间的碰撞问题。通过最优一致性控制和粒子群优化算法优化一致性编队控制方法,在考虑机间避碰的情况下,使整个编队的收敛时间降低1.2 s,整体收敛性能提升6.28%。仿真结果表明该方法能够缩短多无人机的编队收敛时间。     

基于TeeChart的无人机实时参数显示及告警系统

为了直观显示无人机故障高发段关键参数的变化情况,提高无人机发射飞行成功率,设计一套数据实时分析显示系统,并在.Net环境下使用TeeChart技术实现系统设计。实践证明,基于TeeChart的数据实时分析显示系统界面简洁,操作简单,稳定性好,能够通过判读实时数据与期望值偏离的百分比给出告警信息。     

凸优化算法在有人/无人机协同系统航迹规划中的应用

为更好地发挥多智能体在空战中的优势，以凸优化理论为基础，提出一种有人/无人机协同系统的航迹规划方法。首先，分析协同系统的体系结构和控制流程，建立系统的运动模型。其次，根据协同系统中有人机与无人机的任务特点，分别设计航迹规划器与编队规划器，并在编队规划器中引入协同时空约束条件，进而对两规划器模型进行近似与凸化，利用凸优化算法进行求解。最后，通过对比仿真，验证所提方法的可行性。结果表明，凸优化算法能有效求解航迹规划器与编队规划器的优化模型，并且通过协同时空约束，能有效提高系统的飞行安全性及航迹变换的灵活性。     

基于M56F807的无人机飞控系统设计

针对小型无人机飞控系统在功耗、成本、可靠性以及集成度等方面的较高要求,设计了一种基于Freescale M56F807型DSP和PID控制策略的飞控系统。针对某型号的无人机,详细阐述了系统的设计思想及其基本硬件和软件结构。采用了时域信号的取样积累平均方法,减少了算法的实现难度,提高了采样精度。对硬件设计中的关键技术进行了研究,系统具有设计精炼,可靠性高,开放性好等优点。基于DSP的现代高速数字处理飞控系统,能够赋予无人机更大的机动性、更高的灵活性和更广泛的适用性。     

多传感器信息融合技术与无人机PHM系统

通过分析多传感器数据融合技术故障诊断方法与无人机PHM系统（故障预测与健康管理）的特点,在不改变当前无人机系统硬件组成的情况下,将多传感器信息融合技术运用于无人机PHM系统,实现对无人机系统的实时状态监测、健康评估和故障诊断。     

某无人直升机扩频通信系统捕获方案设计

讨论一种用于某无人机直序扩频通信测控系统的PN码捕获方案。根据该系统的技术指标要求,针对无人机信道的特殊性,采用匹配滤波器进行PN码的相关处理,并运用检测后积分和二次驻留的方法提高检测概率降低虚警概率。在进行详细理论分析的基础上,运用Cadence公司的SPW系统仿真软件,将该系统在高斯白噪信道和无人机信道下进行对比性系统仿真,仿真结果以及FPGA实测结果均表明,上述两种方法有效地提高了系统性能。     

Study on TT&C resources scheduling technique based on inter-satellite link

The navigation constellation will have the capability of supporting Tracking Telemetry and Command (TT&C) operations by inter-satellite link (ISL). The ISL will become an important solution to reduce the shortage of ground TT&C resources. The problems need to be studied urgently in the field of space TT&C network resources scheduling management are how to determine the availability of ISL and how to allocate TT&C resources of ISL. The performance and scheduling constraints of navigation constellation?s ISL are analyzed, and three utilization strategies of ISL to perform TT&C operations are proposed. The allocation of TT&C resources based on ISL falls into two successive phases. Firstly, master satellite determination equation is established by using 0–1 Programming model based on the availability matrix. Mathematical method is used to solve the equation to determine the master satellite and the topology of ISL. Secondly, Constraint Programming (CP) model is used to describe the ground TT&C resources scheduling problem with special requirements of TT&C operations based on master satellite, and a heuristic algorithm is designed to solve the CP model. The equations and algorithm are verified by simulation examples. The algorithm of TT&C resources scheduling based on ISL has realized the synthesized usage of both the ISL and ground resources on TT&C field. This algorithm can improve TT&C supports of territorial ground TT&C network for global navigation constellation, and provides technical reference for the TT&C mission planning of global constellation by using ISL.     

空间机器人一体化仿真系统的研究与实现

为对空间机器人关键算法进行验证和评估,开发了一套一体化仿真系统。该系统基于模块化设计思想,由遥测遥控接口、轨迹规划与控制、系统动力学模型、系统3D几何模型、相机成像模型、图像处理与位姿测量、碰撞检测与安全预警等模块组成。其中,3D实体模型及仿真场景由OSG(Open Scene Graph)建立,各关键模块的算法采用C语言编程实现,可对空间机器人执行在轨任务的关键算法进行闭环验证。最后对两种典型工况进行了仿真实验,结果表明了该系统的有效性。     

遥测属性在数据处理中的应用

在遥测数据常用数据库的基础上 ,应用遥测属性传递标准 TMATS建立了新的测控数据库。新测控数据库实现了设备属性建库 ,从而使处理的参数可与测量设备相联系 ,并实现了与遥控数据库的联系。测控数据库已应用于数据处理中。     

一种航天测控系统可靠性定量化计算方法

航天测控系统具有动态性、复杂性、可维修性、阶段间相关性等显著特征,作为航天器安全在轨运行的重要保障,其可靠性至关重要。针对航天测控系统可靠性精确计算的难点,提出了综合马尔可夫（Markov）模型和全概率思想的复杂、动态系统可靠性定量化计算方法,给出了计算流程。按照系统的动态组成特性,将任务进程划分为多个阶段,阶段内参试状态不变,不同阶段之间参试状态不同。借鉴Markov模型描述阶段内状态转移过程,通过求解Kolmogorov后向方程得到本阶段结束时的状态概率,利用全概率思想实现阶段间状态映射,体现阶段间的依赖性,依次对各阶段求解获取整个任务可靠性,具有求解准确度高、结果可信度高等特点。最后给出算例,通过与蒙特卡洛仿真结果的比对校验Markov方法的准确性。     

基于TmNS的运载火箭天地一体化测控网络研究

为满足运载火箭日益增长的测控需求，网络化测控成为未来运载火箭测控的必然趋势。通过研究IRIG 106-20国际遥测标准中TmNS标准特性、协议栈以及系统架构，提出了基于TmNS的运载火箭天地一体化测控网络的新概念，给出了测控网络系统架构、各部分组成及功能，并对其中涉及的TmNS数据消息传输协议、RF网络接入层协议、TMoIP协议、数据包遥测技术等关键技术进行研究，提出了可行的实现方案，为今后我国新一代运载火箭天地一体化测控通信奠定技术基础。     

基于蚁群优化-模拟退火的天地测控资源联合调度

研究了一类约束条件复杂、具有多时间窗口特性的天地测控资源联合调度问题。建立了涵盖多种约束的问题数学模型和基于测控弧段时间序的无圈有向图模型,提出了一种蚁群优化-模拟退火算法(ACO\|SA)求解问题。探讨了两种算法的融合策略,完成了包括状态转移规则、可行解生成策略、信息素更新准则、邻域结构、快速退火计划等关键技术的设计实现。多个算例仿真和结果分析表明,测控弧段时间序能保证ACO\|SA得到高质量的优化结果,模拟退火机制能有效提高蚁群优化算法的收敛速度和求解质量,相比于基本遗传算法和先到先服务算法,ACO\|SA能得到质量更好的解。     

高精度星地测距的多址干扰并行对消技术

目前，在航天测控系统中广泛采用扩频体制，但随着多通道扩频技术和多站测距系统的发展，测控系统面临的测量环境越来越复杂，对伪距测量精度产生较大影响。其中，多站测距系统中存在的强信号干扰和多址干扰，会导致测距精度下降。本文提出了一种基于并行干扰对消的高精度星地测距技术，通过信号处理重构和对消接收信号中的干扰信号，得到纯净的期望信号，从而抑制码分多址带来的测量误差，以提升测量精度，并通过仿真和试验验证了算法的可行性和优越性。     

多飞行器测控技术的研究

提出了一种基于DBF和DMF-CDMA技术的多飞行器测控系统。首先描述了系统的工作原理，然后对DBF给出了全面和详细的计算机仿真，包括圆面阵DBF阵因子方向图仿真和DBF对多飞行器的搜索与跟踪仿真。最后对DMF-CDMA给出了实验结果。实验的硬软件巳达到实用水平。这些说明本文提出的多飞行器测控方案是可行的。     

高速飞行器非视距短波通信的可行性验证飞行试验

当高速飞行器处于失稳失控等紧急情况时，现有航天器测控方法可能面临地面站天线无法及时跟踪和对准飞行器的问题，这将导致测控通信链路的中断，无法传输紧急的安控遥控指令。为了在飞行器失稳失控、非视距通信时与地面站维持通信，提出将短波通信应用于高速飞行器测控通信系统的应急通信，并进行非视距短波通信的飞行试验以验证方法的可行性。在试验中，地面站发射7 MHz的短波信号，高速飞行器内部安装的交流磁场计用于接收短波信号，获得了短波的磁场强度与飞行环境的本底噪声。试验结果表明，随着飞行器海拔的增加，磁场强度减小，高速飞行器始终能在非视距和天线不对准的情况下接收到短波信号，证实了短波应用于高速飞行器应急通信的可行性。试验是进一步验证高速飞行器在远距离、超视距以及拒止环境下应急通信的技术基础，同时，也为高速飞行器短波通信系统的研制提供重要的数据支撑。